Most neurodegenerative pathologies stem from the formation of aggregates of mutant proteins, causing dysfunction and ultimately neuronal death. This study was aimed at elucidating the role of the protein factors that promote aggregate formation or prevent the process, respectively, glyceraldehyde-3-dehydrogenase (GAPDH) and tissue transglutaminase (tTG) and Hsp70 molecular chaperone. The siRNA technology was used to show that the inhibition of GAPDH expression leads to a 45–50% reduction in the aggregation of mutant huntingtin, with a repeat of 103 glutamine residues in a model of Huntington’s disease (HD). Similarly, the blockage of GAPDH synthesis was found for the first time to reduce the degree of aggregation of mutant superoxide dismutase 1 (G93A) in a model of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). The treatment of cells that imitate HD and ALS with a pharmacological GAPDH inhibitor, hydroxynonenal, was also shown to reduce the amount of the aggregating material in both disease models. Tissue transglutaminase is another factor that promotes the aggregation of mutant proteins; the inhibition of its activity with cystamine was found to prevent aggregate formation of mutant huntingtin and SOD1. In order to explore the protective function of Hsp70 in the control of the aggregation of mutant huntingtin, a cell model with inducible expression of the chaperone was used. The amount and size of polyglutamine aggregates were reduced by increasing the intracellular content of Hsp70. Thus, pharmacological regulation of the function of three proteins, GAPDH, tTG, and Hsp70, can affect the pathogenesis of two significant neurodegenerative diseases.
Большинство нейродегенеративных патологий связано с появлением цитотоксических олигомеров и агрегатов мутантных белков, вызывающих дисфункцию клеток мозга и их гибель. В представленной работе изучали функции белковых факторов, как способствующих образованию агрегатов, так и предотвращающих этот процесс. К таким белкам можно отнести глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназу (ГАФД), тканевую трансглутаминазу (тТГ) и молекулярный шаперон - белок теплового шока 70 (БТШ70). Используя технологию siРНК, мы показали, что подавление экспрессии ГАФД в модели болезни Хантингтона (БХ) вызывает снижение на 45-50% уровня агрегации мутантного хантингтина, содержащего повтор из 103 остатков глутамина, и повышение количества выживших клеток. Впервые установлено, что блокирование синтеза ГАФД снижает степень агрегации супероксиддисмутазы-1 (СОД1) с мутацией G93A в модели амиотрофического бокового склероза (АБС). Обработка клеток, имитирующих БХ и АБС, ингибитором активности ГАФД, гидроксинонненалом (ГНЕ) также снижает количество агрегирующего материала. Агрегации мутантных белков способствует также тканевая трансглутаминаза. Подавление активности этого фермента с помощью цистамина препятствует образованию агрегатов мутантной СОД1 и хантингтина. Роль БТШ70 в контроле агрегации мутантного хантингтина изучали с использованием линии клеток с индуцибельной экспрессией шаперона. Увеличивая содержание БТШ70, мы добились снижения числа и размеров растущих агрегатов мутантного хантингтина. Таким образом, модуляция функции/количества трех белков (ГАФД, трансглутаминазы и БТШ70) влияет на патогенез таких распространенных нейродегенеративных заболеваний, как болезнь Хантингтона и амиотрофический боковой склероз.